CN110738018B - 一种基于虚拟接线分解的低压分相接线图自动成图方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于虚拟接线分解的低压分相接线图自动成图方法。本发明首先提出配变低压母线悬挂式三个半扇面的3相分相接线图布局和配变低压母线为圆心的1/3扇面的3相分相接线图布局图两种分相接线图布局方式;其次提出配电变压器为中心低压配电网分相接线图自动生成原理;对于提出的虚拟全单相接线图形,基于其单线束扇形图形设计参数和排列顺序,提出单线束初始布局以及缩放和旋转参数计算方法以生成初始图形;基于以上原理,得到的虚拟全单相接线图形可以分解组装得到分相接线图;为主动配电网提供信息高集聚、接线高识别、态势高察觉的态势画面提供配电网单线接线图。

Description

一种基于虚拟接线分解的低压分相接线图自动成图方法
技术领域
本发明属于智能低压配电网态势感知与可视化领域,具体涉及一种面向接线不对称察觉的低压配电网分相接线图自动成图方法。
背景技术
低压配电网是电网公司为广大低压用户服务的最底层电网,智能电表除了实现电量计量计费的基本功能,也可作为传感器来实现对电能计量质量、供电可靠性、供电电能质量、防窃电以及其他异常、配电网综合经济运行水平等全面感知和态势可视化,从而形成低压配电网的现代化监管手段。
最近几年提出的以变电站为中心的中压配电网(Substation-centralizedMedium Voltage Distribution Network,TCDN)单线图的自动生成问题,其目的在于为提供信息高集聚、接线高识别、态势高察觉的主动配电网态势画面提供配电网单线接线图。
就低压配电网而言,无论接入多少分散式电源,负荷如何变化,网络的三相接线拓扑如何不平衡,主控低压配电网运行的仍为主电源即配电变压器,因此本发明提出配电变压器为中心低压配电网(Transformer-centralized low voltage DistributionNetwork,TCDN)概念,并以此作为低压配电网态势感知可视化研究及工程应用的对象和目标。
不同于中压配电网的三相对称接线方式,低压配电网接线既具有三相四线主干线和三相用户的接线对称性,也具有单相用户以及其单相双线的接线不对称性;除了用户三相用电不平衡导致低压配电网三相不平衡的主因之外,三相接线不对称性也是另一个根本原因,因此自动生成的接线图应能直接察觉出此类三相接线对称性和不对称性的能力。
本发明采用的技术方案:提出了TCDN分相接线图自动生成原理,基于该原理的接线图,既能确保三相四线主干线和三相用户的接线对称性,也能清晰识别出单相双线用户导致的接线不对称性;对于提出的虚拟全单相接线图形,基于其单线束扇形图形设计参数和排列顺序,提出了单线束初始布局以及缩放和旋转参数计算方法以生成初始图形,再进行基于力导的美化计算以得到较为美观的图形;基于提出的原理,得到的虚拟全单相接线图形可以分解组装得到分相接线图;为主动配电网提供信息高集聚、接线高识别、态势高察觉的态势画面提供配电网单线接线图。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种面向接线不对称察觉的低压配电网分相接线图自动成图方法。
本发明方法包括以下原理及其计算步骤:
假设ΩT从配变低压母线出发存在N束线束,其第n束线束为ΩTn,n∈[1,N];对ΩTn进行静态拓扑分析,建立支线模型;其中选择最长的支线作为一级支线,生成其线路等级表与节点顺序表。
步骤1.获取原始信息,包含配电站和负荷的地理位置信息及线路构成信息,初步形成单线束初始布局;
步骤2.单线束初始布局的扇形计算;
步骤3.拼接虚拟全单相接线图形;
步骤4.最后将虚拟全单相接线图形分拆为单相接线图;
附图说明
图1是本发明的配变低压母线悬挂式三个半扇面的3相分相接线图布局;
图2是本发明的配变低压母线为圆心的1/3扇面的3相分相接线图布局图;
图3是本发明的虚拟全单相接线图形第i束线束的初始水平扇面布局图;
具体实施方式
下面结合具体的原理和附图对本发明进行详细的说明,但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段,做出各种替换和变更,均应包括在本发明的保护范围内。
1)分相接线图构图原则
从配电变压器低压母线分出的三相四线主干线束,含分线箱引出的单相双线线束,称为低压出线束;假设有M束,用m标设其顺序,即m∈[1,M];对应m束出线,其分相图形标设为am,bm,cm;显然对于三相用户集合而言,am,bm,cm存在着共同的三相四线线束集合,假设为Ω3;也存在着各自不同的单相双线线束,分别假设为 即有:
其中为三相四线布线对应的分相线束;θ为旋转角;/>表示对图形/>逆时针旋转θ的角度;/>表示对图形/>逆时针旋转2θ的角度。
为清晰识别三相四线主干线和三相用户具有的接线对称性,在布局布线时将保持对称性,/>仅仅是/>图形旋转θ、2θ角度;
对于图1即配变低压母线悬挂式三个半扇面的3相分相接线图布局,有:
θ=0 (2)
对于图2即配变低压母线为圆心的1/3扇面的3相分相接线图布局图,有:
θ=120° (3)
的布局布线应体现出此类单相双线用户接线所导致的低压配电网接线的不对称性。
2)虚拟全单相接线图形定义及组成
为此,设计一种虚拟全单相接线图形ΩT
它是一种把b、c相上的单相双线分支和用户都画在a相上的虚拟接线图形,目的在于以单相的方式一并计算所有相线路和用户的布局布线参数。
对图ΩT进行水平布置的扇面120°的自动生成,形成接线图
其中,分别是/>对应的接线图型。
3)基于虚拟全单相接线图形分解的低压分相接线图自动成图原理
对于图1的布局,分相接线图为:
对于图2的布局,分相接线图为:
因此,低压分相接线图自动成图问题就转化为ΩT的自动生成。
4)计算步骤
假设ΩT从配变低压母线出发存在N束线束,其第n束线束为ΩTn,n∈[1,N];对ΩTn进行静态拓扑分析,建立支线模型;其中选择最长的支线作为一级支线,生成其线路等级表与节点顺序表。
(1)单线束初始布局
首先,设置配电变压器的低压母线为一个点,其坐标为(0,0);并设置节点间初始距离,比如dis=200;接着,将一级支线固定在X轴正方向;为使得馈线形成的扇面较小,从原点(0,0)出发,第一个节点离原点选择为5倍dis;其后的各节点横坐标按顺序依次累加dis,而纵坐标始终为0;
二级支线各节点坐标:从一级支线节点坐标取到第i条二级支线起始节点坐标(xi,yi),第i条二级支线第j个节点的坐标为(xij,yij),则有:
其中k的值:当i为奇数时取l,当i为偶数时取-l,l=0.8。
三级支线及三级以上支路各节点坐标:从上一级支线节点坐标取到第i条本级支线起始节点坐标(xi,yi),第i条二级支线第j个节点的坐标为(xij,yij),则有:
其中π/3为二级支线与一级支线的夹角,如图3所示,这个夹角为60°;k′的取值:当yi(j-1)为正数时取l,当yi(j-1)为负数时取-l。
(2)单线束初始布局的扇形计算
所有线束按以上计算得到节点的笛卡尔坐标将其转换为相应的极坐标
如图3,第n束线束形成的扇面最小最大角度扇面角/>扇面中心线极角分别可计算如下:
其中为一、四象限节点极角。
(3)虚拟全单相接线图形拼接
假设N个线束扇面按照n的顺序逆时针拼接,则按照以上的扇形计算,总扇面角为:
这表示原扇面角要按以下比例γ进行缩放,才能使得拼接后的扇面角为120°:
对第n束线束图形进行以下操作,得到图形/>原扇面保持极径不变,保持中心线极角不变,只对各节点进行极角更新;若更新后第n束线束各节点的新极坐标为扇面角为/>扇面中心线极角/>则有:
新的扇面最小最大角度为:
下面将计算第n束线束各节点的新极坐标下进行旋转,使得旋转后的虚拟全单相接线图形即120°的最后扇面的中心线极角为-90°。
假设最后的第n束线束图形为则有:
其中旋转角βn计算如下:
(4)虚拟全单相接线图形分拆为单相接线图
得到图形ΩT后,按照公式(5)的合成原理,分解获取相应的三相对称图形和各相的单相不对称部分,并按照公式(6)、(7)进行相应的组装,最后获取图1或图2的分相接线图。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种基于虚拟接线分解的低压分相接线图自动成图方法,其特征在于,包括以下自动成图原理及计算步骤:
1)分相接线图构图原则
从配电变压器低压母线分出的三相四线主干线束,含分线箱引出的单相双线线束,称为低压出线束;假设有M束,用m标设其顺序,即m∈[1,M];对应m束出线,其分相图形标设为am,bm,cm;显然对于三相用户集合而言,am,bm,cm存在着共同的三相四线线束集合,假设为Ω3;也存在着各自不同的单相双线线束,分别假设为即有:
其中为三相四线布线对应的分相线束;θ为旋转角;/>表示对图形/>逆时针旋转θ的角度;/>表示对图形/>逆时针旋转2θ的角度;
为清晰识别三相四线主干线和三相用户具有的接线对称性,在布局布线时将保持对称性,/>仅仅是/>图形旋转θ、2θ角度;
对于配变低压母线悬挂式三个半扇面的3相分相接线图布局,有:
θ=0 (2)
对于配变低压母线为圆心的1/3扇面的3相分相接线图布局图,有:
θ=120° (3)
的布局布线应体现出此类单相双线用户接线所导致的低压配电网接线的不对称性;
2)虚拟全单相接线图形定义及组成
为此,设计一种虚拟全单相接线图形ΩT
它是一种把b、c相上的单相双线分支和用户都画在a相上的虚拟接线图形,目的在于以单相的方式一并计算所有相线路和用户的布局布线参数;
对图ΩT进行水平布置的扇面120°的自动生成,形成接线图
其中,分别是/>对应的接线图型;
3)基于虚拟全单相接线图形分解的低压分相接线图自动成图原理
对于配变低压母线悬挂式三个半扇面的3相分相接线图布局,分相接线图为:
对于配变低压母线为圆心的1/3扇面的3相分相接线图布局图,分相接线图为:
因此,低压分相接线图自动成图问题就转化为ΩT的自动生成;
4)计算步骤
假设ΩT从配变低压母线出发存在N束线束,其第n束线束为ΩTn,n∈[1,N];对ΩTn进行静态拓扑分析,建立支线模型;其中选择最长的支线作为一级支线,生成其线路等级表与节点顺序表;
(1)单线束初始布局
首先,设置配电变压器的低压母线为一个点,其坐标为(0,0);并设置节点间初始距离,比如dis=200;接着,将一级支线固定在X轴正方向;为使得馈线形成的扇面较小,从原点(0,0)出发,第一个节点离原点选择为5倍dis;其后的各节点横坐标按顺序依次累加dis,而纵坐标始终为0;
二级支线各节点坐标:从一级支线节点坐标取到第i条二级支线起始节点坐标(xi,yi),第i条二级支线第j个节点的坐标为(xij,yij),则有:
其中k的值:当i为奇数时取l,当i为偶数时取-l;l=0.8;
三级支线及三级以上支线各节点坐标:从上一级支线节点坐标取到第i条本级支线起始节点坐标(xi,yi),第i条二级支线第j个节点的坐标为(xij,yij),则有:
其中π/3为二级支线与一级支线的夹角,如图3所示,这个夹角为60°;k′的取值:当yi(j-1)为正数时取l,当yi(j-1)为负数时取-l;
(2)单线束初始布局的扇形计算
所有线束按以上计算得到节点的笛卡尔坐标将其转换为相应的极坐标
第n束线束形成的扇面最小最大角度扇面角/>扇面中心线极角/>分别可计算如下:
其中为一、四象限节点极角;
(3)虚拟全单相接线图形拼接
假设N个线束扇面按照n的顺序逆时针拼接,则按照以上的扇形计算,总扇面角为:
这表示原扇面角要按以下比例γ进行缩放,才能使得拼接后的扇面角为120°:
对第n束线束图形进行以下操作,得到图形/>原扇面保持极径不变,保持中心线极角不变,只对各节点进行极角更新;若更新后第n束线束各节点的新极坐标为/>扇面角为/>扇面中心线极角/>则有:
新的扇面最小最大角度为:
下面将计算第n束线束各节点的新极坐标下进行旋转,使得旋转后的虚拟全单相接线图形即120°的最后扇面的中心线极角为-90°;
假设最后的第n束线束图形为则有:
其中旋转角βn计算如下:
(4)虚拟全单相接线图形分拆为单相接线图
得到图形ΩT后,按照公式(5)的合成原理,分解获取相应的三相对称图形和各相的单相不对称部分,并按照公式(6)、(7)进行相应的组装,最后获取配变低压母线悬挂式三个半扇面的3相分相接线图布局,或配变低压母线为圆心的1/3扇面的3相分相接线图布局图两种分相接线图。
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